[发明专利]一种基于溶液的无机卤化物闪烁晶体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于溶液的无机卤化物闪烁晶体的生长方法，属于晶体材料制造技术领域。

背景技术

无机闪烁晶体在吸收X-射线、γ-射线或其它高能粒子的能量后会发出紫外或可见光。将无机闪烁晶体与光电倍增管(PMT)、硅光二极管(Si-PD)或雪崩二极管(APD)耦合制成的晶体闪烁计数器，该计数器是高能物理、核物理和核医学中的一个重要探测仪器。无机闪烁晶体可分为两类：一类是氧化物闪烁晶体，如锗酸铋、钨酸铅和硅酸镥等，它们具有密度高、衰减时间短和化学稳定性好的特点；另一类是卤化物闪烁晶体，如碘化钠、碘化铯、氟化钡等，它们具有熔点低、禁带宽度小和发光效率高的特点，可以同时获得好的能量分辨率和时间分辨率。

无机卤化物晶体熔点较低，经典的无机卤化物晶体生长方法是布里奇曼法，又称石英坩埚真空下降法，将处理后的原料装入内壁涂有一层碳膜的石英坩埚，抽真空后封口，通过下降法来生长晶体。这种方法实验设备简单，全封闭生长，有利于控制组分挥发。但是，由于结晶区域熔体对流不充分，晶体生长时接触坩埚，难以生长大尺寸、高质量的晶体。迄今为止，国际上报道的最大尺寸的碘化铯晶体是由乌克兰单晶研究所采用连续加料的提拉法生长出来的，直径为430mm，重量达500kg。上海硅酸盐所发明的非真空铂坩埚下降法生长技术通过脱氧剂的作用摆脱了对真空设备的依赖，但是，其脱氧剂与含氧杂质反应后所形成的产物，如果不能有效地排除，则会降低晶体的透明度，从而限制了该碘化铯在成像技术领域的应用。

本发明研究中发现，无机卤化物在部分溶剂中有着不一样的溶解度曲线，例如碘化铯在 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，溶解度会随着温度的上升而呈现降低的趋势；还有碘化钠在γ- 羟基丁酸内酯(GBL)中溶解度也会随着温度的上升而降低，基于此，本发明提出一种操作简单的无机卤化物闪烁晶体生长法，即升温结晶法或逆温结晶法。这种生长方法是将晶体粉末和有机溶剂混合配置高浓度的澄清溶液，经过搅拌过滤，再升温生长形状规则的小籽晶，最后将籽晶放入溶液中加热升温获得表面形态良好，纯度高的大单晶。这种方法制备相比于常规布里奇曼生长方法而言成本低廉(无需真空设备，无需高温)、操作简易；原料利用率高，溶液可重复利用；生长出来的无机卤化物晶体质量高，透明度高且具备独特的光致发光性能，该制备方法制备出来的单晶搭配硅基光电二极管可制作出优异性能的高能粒子探测器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于溶液的无机卤化物闪烁晶体的生长方法，该方法操作方便，所用原料成本低廉，能够从无机卤化物的溶液来析出高质量的单晶晶体。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案及步骤。

一种基于溶液的无机卤化物闪烁晶体的生长方法，其特征在于，具有如下工艺过程和步骤：

(a).将20～40ml的有机溶剂加入到平底烧瓶中，再加入10.4～20.8g的无机卤化物晶体粉末，放在磁力搅拌机上搅拌，转速为400～700r/min，搅拌4～8小时，使其完全溶解, 直至饱和；溶解后，用孔径为2微米的滤嘴过滤，得到长晶的无机卤化物溶液；

(b).将步骤(a)中所述饱和的长晶的溶液放置在加热台上进行油浴加热，油浴温度为60～ 200℃，生长时间为7～15天，生长出长和宽为7～10mm，厚度为3～5mm的无机卤化物单晶晶体；取出上述无机卤化物单晶晶体，对其进行抛光，用乙醇擦洗干净，获得无机卤化物闪烁晶体。

上述步骤(a)中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、γ-羟基丁酸内酯(GBL)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种。

上述步骤(a)中所述的无机卤化物为碘化铯、碘化钠中的一种。

本发明同现有技术相比，具有如下显著优点：

本发明中的无机卤化物在一部分溶剂中具有着不同的溶解度随温度变化趋势，在碘化铯在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，溶解度会随着温度的上升而呈现降低的趋势；还有碘化钠在γ-羟基丁酸内酯(GBL)中溶解度也会随着温度的上升而降低，基于此，本发明设计一种基于溶液的生长方法，该方法相比于现有布里奇曼生长方法，其成本低廉(无需真空设备，无需高温)、操作简易；原料利用率高，且溶液可重复利用；生长出来的无机卤化物晶体质量高，透明度高且具备独特的光致发光性能，该制备方法制备出来的单晶搭配硅基光电二极管可制作出优异性能的高能粒子探测器。

附图说明

图1为本发明实施例中的碘化铯单晶晶体的X射线衍射图。

图2为本发明实施例中的碘化铯单晶的透过谱图。